本發(fā)明屬于仿生技術，具體涉及一種管狀模塊化可穿戴外骨骼助力裝置及其控制方法。

背景技術：

可穿戴式人體外骨骼助力系統(tǒng)是一種可穿戴在人體身上的伴隨式智能裝備，通過同步“跟隨”人體運動，輔助或代替人體承重及機動，突破人體體能極限，大幅度提高人體的負重機動能力/持久作戰(zhàn)能力。目前，該系統(tǒng)主要應用于人體下肢康復訓練及輔助人體進行負重，可在反恐維穩(wěn)、搶險救災、助殘與康復醫(yī)療等多領域得到廣泛應用和推廣。迄今為止，盡管針對類似的穿戴式外骨骼助力系統(tǒng)的研究已取得了部分進展，但距離實用還有很長一段路要走。

如申請?zhí)枮?01410063123.x的中國專利申請公開了一種適用于外骨骼輔助支撐機器人的具有膝關節(jié)參數(shù)測量的大小腿裝置，所述大小腿裝置采用液壓缸驅動，提高了外骨骼輔助支撐機器人的響應速度和承載能力，但液壓缸驅動需要液壓源，從而導致外骨骼輔助支撐機器人的體積和質量較為龐大，且液壓系統(tǒng)容易出現(xiàn)油液滲漏問題。如申請?zhí)枮?01610511532.0的中國專利申請公開了下肢助力外骨骼機器人，所述下肢助力外骨骼機器人的髖關節(jié)和膝關節(jié)均由電機驅動，具備較好的助力效果，并且兩處關節(jié)均具有限位開關，安全性較高，但所述下肢助力外骨骼機器人結構復雜，且多個關節(jié)驅動會帶來機器人質量及體積增大問題。另外，上述兩個中國專利申請的機械零件結復雜，加工制造及裝配困難，同時零件之間不具備可互換性，關節(jié)之間不存在緩沖，運動過程中零件之間的剛性沖擊嚴重。

又如申請?zhí)枮?01610614958.9的中國專利申請公開了一種智能下肢助力裝置的在線步態(tài)規(guī)劃系統(tǒng)及方法，所述智能下肢助力裝置根據(jù)肌電采集單元、慣性采集單元采集的信息，提取特征，并與步態(tài)模型庫匹配，得到預測關節(jié)角度，以在線控制智能下肢助力裝置的步態(tài)；其所使用的傳感器數(shù)量眾多，且均布置于穿戴者身上，穿戴不方便，舒適度較差，并且對人體信息的采集處理復雜、耗時長，同時所述控制算法計算流程冗長、繁復，將導致人機交互性感知速度慢、控制系統(tǒng)處理信號到發(fā)出指令時間長，最終使得人機外骨骼系統(tǒng)與穿戴者的步態(tài)協(xié)調(diào)一致性較差，穿戴效果不良。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種管狀模塊化可穿戴外骨骼助力裝置及其控制方法，一方面解決外骨骼的復雜機構設計問題，利用成熟的管狀型材進行加工設計，降低設計加工成本的同時，可節(jié)省裝置體積及降低質量，并加入模塊化設計理念，為外骨骼的零部件互換性提供可能，另外在關節(jié)設計處，設計有緩沖裝置，可降低零部件之間的沖擊，提高系統(tǒng)壽命；另一方面管狀模塊化可穿戴外骨骼助力裝置的傳感系統(tǒng)簡單，控制方法簡單易實現(xiàn)，能較好地匹配人體運動，提高助力負載機動能力，并可利用管狀模塊化可穿戴外骨骼助力裝置的各關節(jié)編碼器進行人體運動姿態(tài)檢測，擴展其使用范圍。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為：一種管狀模塊化可穿戴外骨骼助力裝置，包括背板、腰部管狀機構和兩組腿腳機構，腰部管狀機構固連在背板底部，兩組腿腳機構對稱與腰部管狀機構兩端固連，所述腿腳機構包括模塊化髖關節(jié)、管狀大腿機構、線性執(zhí)行器、模塊化膝關節(jié)、管狀小腿機構、踝關節(jié)和足部機構；管狀大腿機構一端與腰部管狀機構的端部通過模塊化髖關節(jié)固連，管狀大腿機構的另一端通過模塊化膝關節(jié)與管狀小腿機構的一端固連，管狀小腿機構的另一端通過踝關節(jié)與足部機構固連，線性執(zhí)行器一端與管狀大腿機構轉動連接，另一端與管狀小腿機構轉動連接。

一種基于管狀模塊化可穿戴外骨骼助力裝置的控制方法，方法步驟如下：

步驟1、穿戴者穿戴上述裝置，轉入步驟2；

步驟2、開機后，穿戴者保持站立靜止狀態(tài)若干時間，等待上述裝置的各類傳感器初始信息采集，并根據(jù)初始信息設定閾值，轉入步驟3；

步驟3、當上述管狀模塊化可穿戴外骨骼助力裝置的一只足部機構的兩個足底壓力傳感器均檢測到信號且大于設定閾值時，判斷為該腿部為支撐狀態(tài)，線性執(zhí)行器保持持續(xù)輸出力的狀態(tài)，轉入步驟5；當上述管狀模塊化可穿戴外骨骼助力裝置的一只足部機構的兩個足底壓力傳感器僅有一個或無信號或兩個信號均小于設定閾值時，轉入步驟4；

步驟4、當足部機構的兩個足底壓力傳感器僅有一個或無信號或兩個信號均小于設定閾值時，則通過管狀小腿機構的拉壓力傳感器檢測人機交互信息，若拉壓力傳感器檢測到壓力，說明穿戴者膝關節(jié)向后屈，則線性執(zhí)行器進行收縮，轉入步驟5；若小腿處檢測到拉力，說明穿戴者膝關節(jié)向前伸，則線性執(zhí)行器伸長；轉入步驟5；

步驟5、髖、膝、踝編碼器采集的每條腿腳機構的關節(jié)運動角度信息作為反饋，實時檢測上述管狀模塊化可穿戴外骨骼助力裝置的運行狀態(tài)，同時依據(jù)關節(jié)運動角度信息，判斷穿戴者運動狀態(tài)，輔助進行線性執(zhí)行器的控制，編碼器信息同步測量記錄穿戴者運動過程中下肢運動信息，為穿戴者步態(tài)預判提供參考，轉入步驟6；

步驟6、返回步驟3，實現(xiàn)穿戴者與所述管狀模塊化可穿戴外骨骼助力裝置之間的連續(xù)運動。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點在于：

（1）本發(fā)明零部件結構簡單，管狀零件可通過高強度、輕質的型材進行制作，易于加工、裝配，降低整體裝置成本，同時可有效減小裝置質量，降低穿戴者在運動過程中的負擔；（2）部分零部件之間可進行模塊化拆裝、替換，方便進行試驗維護與檢修；（3）各關節(jié)處均設有緩沖機構，可有效降低裝置行走過程中機構之間的剛性碰撞，提高系統(tǒng)的壽命；（4）本發(fā)明共有十四個自由度，每條腿各七個，在穿戴時，可與人體較為貼合地實現(xiàn)同步運動：髖部的內(nèi)收/外展及屈/伸自由度與人體髖關節(jié)關節(jié)自由度較為匹配；膝關節(jié)自由度能通過調(diào)節(jié)裝置大小腿長度與人體膝關節(jié)旋轉近似中心相匹配，實現(xiàn)模擬人體膝關節(jié)的屈/伸運動；踝關節(jié)結構緊湊，采用關節(jié)軸承的設計，可方便實現(xiàn)踝關節(jié)的屈/伸、內(nèi)翻/外翻等動作，同時可通過內(nèi)部槽狀結構與人體踝關節(jié)運動軸線相匹配；（5）本發(fā)明控制思路簡單易實現(xiàn)，控制所需傳感硬件要求低，可有效降低控制的復雜程度；（6）本發(fā)明可實現(xiàn)人體助力，協(xié)助士兵、消防員等需進行負重行走的人員進行運動，降低人員疲勞，同時也可為下肢癱瘓、肌肉萎縮等病員進行輔助康復、行走等，因而本裝置運用范圍廣泛，可適用于不同場合，前景廣闊。

附圖說明

圖1是本發(fā)明管狀模塊化可穿戴外骨骼助力裝置的整體結構示意圖。

圖2是本發(fā)明腰部管狀機構爆炸圖。

圖3是本發(fā)明模塊化髖關節(jié)爆炸圖。

圖4是本發(fā)明管狀大腿機構爆炸圖。

圖5是本發(fā)明模塊化膝關節(jié)爆炸圖。

圖6是本發(fā)明管狀小腿機構爆炸圖。

圖7是本發(fā)明踝關節(jié)爆炸圖。

圖8是本發(fā)明足部機構爆炸圖。

圖9是本發(fā)明管狀模塊化可穿戴外骨骼助力裝置的控制方法流程圖。

1-背板，2-腰部管狀機構，3-模塊化髖關節(jié)，4-管狀大腿機構，5-線性執(zhí)行器，6-模塊化膝關節(jié)，7-管狀小腿機構，8-踝關節(jié)，9-足部機構；

201-l形彎管，202-連接銷軸，203-腰寬調(diào)節(jié)桿，204-腰背連接件，205-腰部軸承蓋，206-腰部連接軸，207-腰部q形連接件；

301-髖第一軸承蓋，302-髖關節(jié)緩沖件，303-髖q形連接件，304-髖屈伸件，305-髖d型銷軸，306-髖編碼器，307-髖第二軸承蓋，308-髖輔助彈簧片；

401-大腿內(nèi)管，402-大腿外管，403-大腿驅動安裝座，404-大腿驅動安裝軸，405-膝關節(jié)連接軸，406-髖關節(jié)連接軸；

601-膝關節(jié)第一軸承蓋，602-膝關節(jié)緩沖件，603-膝q形連接件，604-膝屈伸件，605-膝d型銷軸，606-膝第二軸承蓋，607-膝編碼器；

701-小腿驅動安裝座，702-小腿外管，703-傳感器連接板，704-小腿p形約束件，705-緊定箍，706-小腿內(nèi)管，707-拉壓力傳感器，708-傳感器安裝座，709-膝關節(jié)第二連接軸，710-小腿驅動安裝軸；

801-踝第一緩沖蓋，802-踝關節(jié)緩沖件，803-踝關節(jié)連接件，804-踝關節(jié)軸，805-踝關節(jié)連接板，806-踝編碼器，807-踝第二緩沖蓋，808-關節(jié)軸承；

901-足底壓力傳感器，902-前腳掌連接件，903-鞋底，904-腳后跟連接件，905-鞋墊。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。

如圖1-圖9所示，本發(fā)明管狀模塊化可穿戴外骨骼助力裝置，包括背板1、腰部管狀機構2和兩組腿腳機構，腰部管狀機構2固連在背板1底部，兩組腿腳機構對稱與腰部管狀機構2兩端固連，所述腿腳機構包括模塊化髖關節(jié)3、管狀大腿機構4、線性執(zhí)行器5、模塊化膝關節(jié)6、管狀小腿機構7、踝關節(jié)8和足部機構9；管狀大腿機構4一端與腰部管狀機構2的端部通過模塊化髖關節(jié)3固連，管狀大腿機構4的另一端通過模塊化膝關節(jié)6與管狀小腿機構7的一端固連，管狀小腿機構7的另一端通過踝關節(jié)8與足部機構9固連，線性執(zhí)行器5一端與管狀大腿機構4轉動連接，另一端與管狀小腿機構7轉動連接。

背板1通過螺釘與腰部管狀機構2固連，背板1用于掛置負載及安裝控制系統(tǒng)，同時安置織物肩帶與腰帶，用于與穿戴者上身軀干之間的連接。

圖2為本發(fā)明腰部管狀機構2爆炸圖，所述腰部管狀機構2包括腰背連接件204和兩個腰寬調(diào)節(jié)機構，所述兩個腰寬調(diào)節(jié)機構對稱固定在腰背連接件204兩端，腰背連接件204固連在背板1底部，所述腰寬調(diào)節(jié)機構包括l形彎管201、兩個連接銷軸202、腰寬調(diào)節(jié)桿203、兩個腰部軸承蓋205、腰部連接軸206、腰部q形連接件207和兩個軸承；所述腰部q形連接件207包括第一連接件圓柱和第二連接件圓柱，第一連接件圓柱中心設有第一通孔，兩端面中心設有圓形槽，兩個軸承放置于圓形槽內(nèi)，側壁上開有一個v形槽，第二連接件圓柱的一端與第一連接件圓柱的側壁固連，所述連接處中心與v形槽中心間隔180°，腰寬調(diào)節(jié)桿203一端與腰背連接件204上的矩形槽相連，另一端插入腰部q形連接件207第一連接件圓柱的v形槽內(nèi)，通過腰部連接軸206穿過所述第一通孔及兩個軸承，與腰部q形連接件207相連，并通過兩個腰部軸承蓋205封裝軸承與腰部連接軸206，腰部q形連接件207通過第二連接件圓柱及連接銷軸202與l形彎管201的一端相連，l形彎管201的另一端通過連接銷軸202與模塊化髖關節(jié)3相連。腰寬調(diào)節(jié)桿203可用于調(diào)節(jié)腰部寬度，以適應不同腰圍的穿戴者，同時，腰寬調(diào)節(jié)桿203在腰部q形連接件208的v形槽內(nèi)繞腰部連接軸206旋轉一定角度，該結構處具有一個自由度，可使該助力裝置實現(xiàn)與人體髖關節(jié)的內(nèi)收/外展運動的匹配。

圖3為本發(fā)明模塊化髖關節(jié)3爆炸圖，所述模塊化髖關節(jié)3包括髖第一軸承蓋301、兩個髖關節(jié)緩沖件302、髖q形連接件303、髖屈伸件304、髖d型銷軸305、髖編碼器306、髖第二軸承蓋307、髖輔助彈簧片308和兩個軸承；所述髖q形連接件303包括髖關節(jié)第一圓柱和髖關節(jié)第二圓柱，髖關節(jié)第一圓柱中心設有髖第一通孔，兩個端面分別開有圓形凹槽，側壁上開有髖第一凹槽，髖關節(jié)第二圓柱一端固定在髖關節(jié)第一圓柱側壁，所述固定點與髖第一凹槽存在夾角；髖輔助彈簧片308的一端設有髖輔助彈簧片第二通孔，通過髖輔助彈簧片第二通孔套在髖q形連接件303的髖關節(jié)第二圓柱上，另一端設有髖輔助彈簧片第一通孔，通過螺釘與髖q形連接件303髖關節(jié)第一圓柱固連；髖屈伸件304開有d型通孔的一端伸入髖q形連接件303的髖第一凹槽內(nèi)，髖d型銷軸305穿過所述髖q形連接件303的髖第一通孔及髖屈伸件304d型通孔，連接髖屈伸件304和髖q形連接件303；髖關節(jié)緩沖件302為環(huán)形，軸承設置在髖關節(jié)緩沖件302中心，兩個髖關節(jié)緩沖件302分別設置在髖關節(jié)第一圓柱兩端的圓形凹槽中，并分別利用髖第一軸承蓋301、髖第二軸承蓋307封裝，并對銷軸305限位，髖編碼器306固定在髖第二軸承蓋307外壁，并與銷軸305相連；髖關節(jié)第二圓柱的另一端與腰部管狀機構2相連，髖屈伸件304另一端與管狀大腿機構4相連。髖屈伸件304可在髖q形連接件303的髖第一凹槽內(nèi)做一定角度的旋轉運動，即匹配人體髖關節(jié)進行屈/伸運動，同時由于髖屈伸件304與髖d型銷軸305采用d形孔軸配合，故髖屈伸件304與髖d型銷軸305同步轉動，而髖編碼器306的外殼通過髖第二軸承蓋307與髖q形連接件303固定，內(nèi)孔與髖d型銷軸305固定，因而髖編碼器306可測量髖屈伸件304與髖q形連接件303之間的相對運動角度信息，即髖關節(jié)運動角度信息。髖輔助彈簧片308可起到一定的髖關節(jié)伸展運動緩沖、被動助力及儲能作用，髖關節(jié)緩沖件302可減輕關節(jié)之間的剛性碰撞，提高零件壽命及系統(tǒng)控制穩(wěn)定性。

圖4為本發(fā)明管狀大腿機構4爆炸圖，所述管狀大腿機構4包括大腿內(nèi)管401、大腿外管402、大腿驅動安裝座403、大腿驅動安裝軸404、膝關節(jié)連接軸405和髖關節(jié)連接軸406；大腿驅動安裝座403包括大腿開口環(huán)和兩個大腿夾片，兩個大腿夾片對稱固連在大腿開口環(huán)的開口處，大腿內(nèi)管401自大腿外管402頂部伸入，大腿驅動安裝座403的大腿開口環(huán)套在大腿外管402頂部，并通過在大腿夾片上設置螺釘夾緊固定大腿內(nèi)管401，線性執(zhí)行器5一端通過驅動安裝軸404與所述大腿夾片轉動連接，大腿內(nèi)管401頂端通過髖關節(jié)連接軸406與模塊化髖關節(jié)3固連，大腿外管402底端通過膝關節(jié)連接軸405與膝關節(jié)6固連。管狀大腿機構4的長度可通過大腿驅動安裝座403進行調(diào)節(jié)，以適應不同身高穿戴者的大腿長度；另外，在大腿外管402上設置有環(huán)形綁帶，用于綁定穿戴者的大腿，使穿戴者與本發(fā)明的管狀大腿機構之間相互連接。

圖5為本發(fā)明模塊化膝關節(jié)6爆炸圖，所述模塊化膝關節(jié)6包括膝關節(jié)第一軸承蓋601、膝q形連接件603、膝屈伸件604、膝d型銷軸605、膝第二軸承蓋606、膝編碼器607、兩個膝關節(jié)緩沖件602和兩個軸承；所述膝q形連接件603包括膝關節(jié)第一圓柱和膝關節(jié)第二圓柱，膝關節(jié)第一圓柱中心設有膝關節(jié)第一通孔，兩個端面分別開有膝關節(jié)圓形凹槽，側壁上開有膝關節(jié)第一凹槽，膝關節(jié)第二圓柱一端固連在膝關節(jié)第一圓柱側壁，所述固定點與膝關節(jié)第一凹槽中心存在夾角；所述膝屈伸件604包括膝關節(jié)c形連接板和膝關節(jié)第三圓柱，膝關節(jié)c形連接板一端與膝關節(jié)第三圓柱固連，另一端開有膝d型通孔，并伸入膝q形連接件603的膝關節(jié)第一凹槽內(nèi)，膝d型銷軸605穿過所述膝q形連接件603的膝關節(jié)第一通孔及膝關節(jié)c形連接板的膝d型通孔，連接膝屈伸件604和膝q形連接件603；膝關節(jié)緩沖件602為環(huán)形，軸承設置在膝關節(jié)緩沖件中心602，兩個膝關節(jié)緩沖件602分別設置在膝關節(jié)第一圓柱兩端的膝關節(jié)圓形凹槽中，并分別利用膝第一軸承蓋601、膝第二軸承蓋606封裝，并對膝d型銷軸605限位，膝編碼器607固定在膝第二軸承蓋606外壁，并與膝關節(jié)軸605相連；膝關節(jié)第二圓柱的另一端與管狀大腿機構3相連，膝關節(jié)第三圓柱與管狀小腿機構7相連。膝屈伸件604可在膝q形連接件603的膝關節(jié)第一凹槽內(nèi)做一定角度的旋轉運動，即匹配人體膝關節(jié)進行屈/伸運動，同時由于膝屈伸件604與膝d型銷軸605采用d形孔軸配合，故膝屈伸件604與膝d型銷軸605同步轉動，而膝編碼器607的外殼通過膝第二軸承蓋606與膝q形連接件603固定，內(nèi)孔與膝d型銷軸605固定，因而膝編碼器607可測量膝屈伸件604與膝q形連接件603之間的相對運動角度信息，即膝關節(jié)運動角度信息。膝關節(jié)緩沖件602可減輕膝關節(jié)零件之間的剛性碰撞，提高零件壽命及系統(tǒng)控制穩(wěn)定性。

圖6為本發(fā)明管狀小腿機構7爆炸圖，所述管狀小腿機構7包括小腿驅動安裝座701、小腿外管702、傳感器連接板703、小腿p形約束件704、緊定箍705、小腿內(nèi)管706、拉壓力傳感器707、傳感器安裝座708、膝關節(jié)第二連接軸709和小腿驅動安裝軸710；小腿驅動安裝座701包括小腿開口環(huán)和兩個小腿夾片，兩個小腿夾片對稱固連在小腿開口環(huán)的開口處，小腿驅動安裝座701的小腿開口環(huán)套在小腿外管702頂部，并通過在小腿夾片上設置螺釘夾緊固定，線性執(zhí)行器5的另一端通過小腿驅動安裝軸710與所述小腿夾片轉動連接；傳感器連接板703包括矩形連接板和傳感器連接圓柱，所述傳感器連接圓柱固定在矩形連接板的中心；小腿p形約束件704包括套環(huán)和l形連接板，l形連接板一端與套環(huán)側壁相切，并與套環(huán)固連，另一端開有小腿第一通孔；拉壓力傳感器707一端放置于傳感器安裝座708的凹槽內(nèi)，并通過螺母固定在傳感器安裝座708上，傳感器安裝座708通過螺釘固連在l形連接板上，拉壓力傳感器707的另一端穿過l形連接板的小腿第一通孔，并與傳感器連接圓柱固連；小腿p形約束件704自小腿外管702底部穿過，套在小腿外管702的外壁上，并通過在所述套環(huán)上設置螺釘夾緊固定；小腿內(nèi)管706一端自小腿外管702底部插入，緊定箍705套在小腿外管702底部，并在緊定箍705上設置螺釘夾緊固定小腿內(nèi)管706；小腿外管702頂部通過膝關節(jié)第二連接軸709與模塊化膝關節(jié)6相連，小腿內(nèi)管706另一端通過螺紋與踝關節(jié)8相連。管狀小腿機構7的長度可通過緊定箍705進行調(diào)節(jié)，以適應不同身高穿戴者的小腿長度。傳感器連接板703矩形連接板上設有織物綁帶實現(xiàn)管狀小腿機構7與穿戴者小腿之間的連接，同時利用固連在傳感器連接板703上的拉壓力傳感器707檢測人小腿與外骨骼裝置之間的交互信息。

圖7為本發(fā)明踝關節(jié)8爆炸圖，所述踝關節(jié)8包括踝第一緩沖蓋801、兩個踝關節(jié)緩沖件802、踝關節(jié)連接件803、踝關節(jié)軸804、踝關節(jié)連接板805、踝編碼器806、踝第二緩沖蓋807和關節(jié)軸承808；踝關節(jié)緩沖件802為長方體，側面上設有長圓孔；踝關節(jié)連接件803兩側面上半部分開有緩沖固定矩形槽，槽內(nèi)開有踝長圓通孔，踝關節(jié)連接件803的上端面中心開有矩形通孔；踝第二緩沖蓋807外側面上半部分開有長圓通孔，內(nèi)側面中間軸線上開有矩形槽；關節(jié)軸承808的軸承端插入踝關節(jié)連接件803的矩形通孔內(nèi)，踝關節(jié)軸804一端穿過踝關節(jié)連接件803的踝長圓通孔，連接踝關節(jié)連接件803與關節(jié)軸承808，踝關節(jié)軸804另一端與踝編碼器806固連；踝關節(jié)連接板805放置在踝第二緩沖蓋807的矩形槽內(nèi)，并與踝編碼器806相連，將踝第二緩沖蓋807夾在中間；兩個踝關節(jié)緩沖件802分別設置在踝關節(jié)連接件803兩側緩沖固定矩形槽中，并分別利用踝第一緩沖蓋801、踝第二緩沖蓋807封裝，并對踝關節(jié)軸804定位；關節(jié)軸承808螺紋端與管狀小腿機構7固連，踝關節(jié)連接件803底部與足部機構9固連。踝關節(jié)軸804與關節(jié)軸承808過盈配合，關節(jié)軸承808可在踝關節(jié)連接件803的矩形通孔內(nèi)繞踝關節(jié)軸804的中心軸線作旋轉運動，匹配穿戴者的踝關節(jié)進行屈/曲運動，同時可沿踝關節(jié)緩沖件802的長圓孔作平移運動，以實現(xiàn)穿戴者踝關節(jié)運動軸與本發(fā)明的踝關節(jié)軸804的中心軸線自適應匹配，同時便于穿戴者小腿與管狀小腿機構7之間的交互信息檢測；另外，由于踝關節(jié)連接件803的矩形通孔比關節(jié)軸承808的厚度尺寸大，故關節(jié)軸承808在矩形通孔內(nèi)還能實現(xiàn)繞自身螺紋中心軸作一定角度的旋轉運動和側向擺動；踝關節(jié)緩沖件802可減輕踝關節(jié)8零件之間的剛性碰撞，提高零件壽命及系統(tǒng)控制穩(wěn)定性。

圖8為本發(fā)明足部機構9爆炸圖，所述足部機構9包括兩個足底壓力傳感器901、前腳掌連接件902、鞋底903、腳后跟連接件904和鞋墊905；前腳掌連接件902包括前腳掌連接板和杯形傳感器安裝座，杯形傳感器安裝座固連在前腳掌連接板的中心，杯形傳感器安裝座側壁開有足底矩形槽；腳后跟連接件904包括u形腳后跟連接板、l形傳感器安裝座和矩形足底連接件，l形傳感器安裝座固連在u形腳后跟連接板中心，l形傳感器安裝座中心為圓孔，側壁開有兩個相互垂直的第一矩形槽和第二矩形槽，矩形足底連接件固連在u形腳后跟連接板的一側，矩形足底連接件中心開有第三矩形槽，并與第二矩形槽相通；鞋底903前端開有與前腳掌連接件902下端部相同的鞋底第一凹槽，后端開有與腳后跟連接件904下端部相同的鞋底第二凹槽，鞋底第一凹槽與鞋底第二凹槽之間通過矩形連接凹槽接通；兩個足底壓力傳感器901分別固連在所述杯形傳感器安裝座和l形傳感器安裝座上，前腳掌連接件902通過螺釘固連在所述鞋底第一凹槽處，腳后跟連接件904通過螺釘固連在所述鞋底第二凹槽處；鞋墊905縫制在鞋底903上，覆蓋所述兩個足底壓力傳感器901、前腳掌連接件902和腳后跟連接件904，矩形足底連接件通過螺釘與踝關節(jié)8固連。足底壓力傳感器901用于檢測穿戴者足底與本發(fā)明足部機構9之間的力學信息，用于控制系統(tǒng)的輸入，鞋底903上設置有綁帶，用于穿戴者足部與本發(fā)明足部機構9的連接。

由于模塊化髖關節(jié)3與模塊化膝關節(jié)6采用模塊化設計，髖第一軸承蓋301與膝第一軸承蓋601、髖關節(jié)緩沖件302與膝關節(jié)緩沖件602、髖d型銷軸305與膝d型銷軸605及髖、膝關節(jié)所用軸承均相同，因此模塊化髖關節(jié)3與模塊化膝關節(jié)6的部分零件可進行互換使用，提高了本發(fā)明的零件利用率及使用價值，也便于裝置維修、更換零部件，節(jié)省時間與費用。

另外，上述實例所用的髖編碼器306、膝編碼器607、踝編碼器806為同一型號編碼器，可相互替換，提高本發(fā)明的器件利用率，降低成本及裝置復雜程度。

上述實例所用的線性執(zhí)行器5是電機帶動的滾珠絲杠直線執(zhí)行器。

通過上述實例描述，管狀模塊化可穿戴外骨骼助力裝置共計十四個自由度，其中管狀腰部機構2含有兩個自由度，每組腿腳機構六個自由度，分別為模塊化髖關節(jié)3的一個轉動自由度、模塊化膝關節(jié)6的一個轉動自由度和踝關節(jié)8的三個轉動自由度及一個平動自由度；多自由度的融合使得管狀模塊化可穿戴外骨骼助力裝置與穿戴者之間能進行較好地運動匹配，實現(xiàn)多種動作。

一種基于管狀模塊化可穿戴外骨骼助力裝置的控制方法，流程圖如圖9所示，方法步驟如下：

步驟1、穿戴者穿戴上述裝置，轉入步驟2。

步驟2、開機后，穿戴者保持站立靜止狀態(tài)若干時間，等待上述裝置的各類傳感器初始信息采集，并根據(jù)初始信息設定閾值，轉入步驟3。

步驟3、當上述管狀模塊化可穿戴外骨骼助力裝置的一只足部機構的兩個足底壓力傳感器均檢測到信號且大于設定閾值時，判斷為該腿部為支撐狀態(tài)，線性執(zhí)行器保持持續(xù)輸出力的狀態(tài)，轉入步驟5；當上述管狀模塊化可穿戴外骨骼助力裝置的一只足部機構的兩個足底壓力傳感器僅有一個或無信號或兩個信號均小于設定閾值時，轉入步驟4。

步驟4、當足部機構的兩個足底壓力傳感器僅有一個或無信號或兩個信號均小于設定閾值時，則通過管狀小腿機構的拉壓力傳感器檢測人機交互信息，若拉壓力傳感器檢測到壓力，說明穿戴者膝關節(jié)向后屈，則線性執(zhí)行器進行收縮，轉入步驟5；若小腿處檢測到拉力，說明穿戴者膝關節(jié)向前伸，則線性執(zhí)行器伸長；轉入步驟5。

步驟5、髖、膝、踝編碼器采集的每條腿腳機構的關節(jié)運動角度信息作為反饋，實時檢測上述管狀模塊化可穿戴外骨骼助力裝置的運行狀態(tài)，同時依據(jù)關節(jié)運動角度信息，判斷穿戴者運動狀態(tài)，輔助進行線性執(zhí)行器的控制，編碼器信息同步測量記錄穿戴者運動過程中下肢運動信息，為穿戴者步態(tài)預判提供參考，轉入步驟6。

步驟6、返回步驟3，實現(xiàn)穿戴者與所述管狀模塊化可穿戴外骨骼助力裝置之間的連續(xù)運動。